专利名称：一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具，具体涉及一种随焊抛光多功能搅拌摩 擦焊焊具。
背景技术：
搅拌摩擦焊(FSW)是1991年在英国焊接研究所(TWI)发明的一种新 的固相连接方法，该发明的专利号为US5460317，该方法的基本过程是一个 由搅拌针和轴肩组成的非消耗焊具(搅拌头)高速旋转使搅拌针插入预连接 板之间，当轴肩与工件表面接触后，利用搅拌头的强烈摩擦和搅拌作用，使 焊接焊缝区金属处于热塑性状态并被破碎和混合，在一定的压力作用下被连 接在一起，搅拌头沿焊缝方向高速旋转并挤压，在搅拌头的后方形成焊缝， 实现固相连接。搅拌针的作用是搅动焊缝区的被塑化的材料，使其产生塑性 流变和混合，轴肩的作用是对由搅拌针搅动变形的材料施加锻造作用，从而 形成致密无缺陷的焊缝。搅拌头是搅拌摩擦焊工艺中的关键部件之一，要求 具有高强、耐磨、隔热和耐高温等性能。对于铝合金、镁合金和铜合金等材 料的焊接，从提高焊接速度的角度来讲，需要提高搅拌强度，即提高搅拌转 速和加大顶锻力，以提高单位时间内由机械能转变来的热量，但搅拌强度的 提高会使表层塑性金属在压力和离心力的作用下从搅拌头肩边沿溢出形成飞 边，影响焊接质量，对于厚板的焊接这种现象尤为严重。飞边的存在致使应 力集中，将会降低焊缝的力学和耐腐蚀性能，而且焊缝表面凸凹不平的棱角 也是腐蚀敏感区。
目前，去除飞边的方法一般为焊后机械打磨，这种方法不但延长了加工 周期和劳动强度，而且引起搅拌摩擦焊工艺流程的中断。针对搅拌头及搅拌 摩擦焊特点导致飞边的问题，专利号为ZL200520050618.5的实用新型专利采 用了搅拌针与轴肩分体设计，并在轴肩端面内凹锥面上加工螺旋凸棱，焊接 过程中在一定程度上防止了金属流失和飞边的产生，但并不能完全避免轴肩 外边沿塑性金属的溢出而产生飞边。专利号为200710302169.2的发明专利采
4用了搅拌头基体和切削刀片相组合，在焊接过程中有效地去除了飞边，获得 了高质量的表面平整光滑的焊缝，但切削刀片呈刚性状态，当轴肩压入量发 生变化时容易损伤被焊材料的表面和损伤刀具，且专用组合刀具大大增加了 搅拌头设计与加工成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的搅拌摩擦焊焊具在焊接过程中易产生飞 边、焊缝表面光洁度差和应力集中的问题，进而提供一种随焊抛光多功能搅 拌摩擦焊焊具。
本发明的技术方案是 一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具包括搅拌头 基体，所述搅拌头基体由圆柱形夹持体、圆柱形连接体和搅拌针组成，所述 圆柱形夹持体、圆柱形连接体和搅拌针同轴由上至下依次制成一体，所述搅 拌针与圆柱形连接体的交界处形成定位台肩端面，所述圆柱形夹持体的侧面
上制有防松紧固面，所述圆柱形连接体上开有环形隔热散热槽；所述搅拌针
由轴肩和针体组成，所述轴肩和针体同轴由上至下制成一体，所述焊具还包
括钢丝刷结构体、定位垫环和定位螺母，所述钢丝刷结构体由u字形钢丝刷
座、多根编织不锈钢丝、多根不锈钢丝束和支承垫环组成，所述定位垫环位
于台肩端面和U字形钢丝刷座之间，所述U字形钢丝刷座与轴肩上部固接， 所述多根不锈钢丝束的上端固装在U字形钢丝刷座内，所述多根不锈钢丝束 通过多根编织不锈钢丝编制在一起，所述多根不锈钢丝束的下端伸出轴肩的 底面，所述支承垫环和定位螺母由上至下固装在轴肩上部。
本发明具有以下有益效果本发明在搅拌摩擦焊过程中，采用与搅拌头
组合设计的不锈钢钢丝刷对仍处于高温状态的焊缝进行抛光处理，清除焊缝 两侧的飞边、改善焊缝表面的光洁度、细化表面晶粒、消除应力集中是本发 明独具的特点。这种随焊抛光钢丝刷可跟随搅拌头焊接任何长度的直焊缝、 曲线焊缝，实现焊缝表面质量的随焊控制。本发明的多功能搅拌头设计简单， 调节方便，能保证各种铝合金、镁合金和铜合金等材料的搅拌摩擦焊焊缝质
图1是本发明的整体结构主视剖视图(轴肩上部为锥台形结构体)，图2是图1的a处局部放大图，图3是本发明的整体结构主视剖视图(轴肩上部 为圆柱形结构体)，图4是图3的b处局部放大图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1 图4说明本实施方式，本实施方式的一种随 焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具包括搅拌头基体，所述搅拌头基体由圆柱形夹
持体3、圆柱形连接体4和搅拌针1组成，所述圆柱形夹持体3、圆柱形连接 体4和搅拌针1同轴由上至下依次制成一体，所述搅拌针1与圆柱形连接体4 的交界处形成定位台肩端面4-2，所述圆柱形夹持体3的侧面上制有防松紧固 面3-l，所述圆柱形连接体4上开有环形隔热散热槽4-l;所述搅拌针l由轴 肩1-1和针体1-2组成，所述轴肩1-1和针体1-2同轴由上至下制成一体，所 述焊具还包括钢丝刷结构体2、定位垫环6和定位螺母9，所述钢丝刷结构体 2由U字形钢丝刷座2-1、多根编织不锈钢丝2-2、多根不锈钢丝束2-3和支 承垫环2-4组成，所述定位垫环6位于台肩端面4-2和U字形钢丝刷座2-1之 间，所述U字形钢丝刷座2-1与轴肩l-l上部固接，所述多根不锈钢丝束2-3 的上端固装在U字形钢丝刷座2-1内，所述多根不锈钢丝束2-3通过多根编织 不锈钢丝2-2编制在一起，所述多根不锈钢丝束2-3的下端伸出轴肩1-1的底 面，所述支承垫环2-4和定位螺母9由上至下固装在轴肩1-1上部。
具体实施方式
二结合图1 图4说明本实施方式，本实施方式的多根不 锈钢丝束2-3的上端均匀固装在U字形钢丝刷座2-1内。其它组成和连接关系 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的多根 不锈钢丝束2-3的下端伸出轴肩1-1底面的长度L为2mm 6mm，多根不锈 钢丝束2-3下端的内侧距离轴肩1-1的径向距离H为3mm 15mm，所述多根 不锈钢丝束2-3的整体宽度K为5mm 10mm。其它组成和连接关系与具体 实施方式一或二相同。
具体实施方式
四结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的轴肩 l-l上部为锥台形结构体。如此设置，有效防止钢丝刷结构体2与轴肩1-1的 相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的轴肩
61-1上部的锥面上均匀制有多根条纹1-1-1，每根条纹1-1-1均沿锥台形结构体 的母线设置。如此设置，更加有效地防止了钢丝刷结构体2与轴肩1-1的相对 滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的轴肩
1-1上部的锥面的母线与轴肩1-1的轴线之间的夹角a为5° 25°。如此设置， 更加有效地防止了钢丝刷结构体2与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关 系与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
七结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的轴肩 1-1上部为圆柱形结构体，所述圆柱形结构体的表面上制有螺纹，支承垫环2-4 和定位螺母9与轴肩l-l上部螺纹连接。如此设置，有效防止支承垫环2-4和 定位螺母9与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
八结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的支承 垫环2-4和定位螺母9与轴肩1-1上部螺纹连接的旋紧方向与焊具的旋转方向 相反。如此设置，更加有效地防止了支承垫环2-4和定位螺母9与轴肩1-1的 相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的支承 垫环2-4的外径为26mm 32mm。如此设置，通过改变支承垫环2-4的外径 来调整多根不锈钢丝束2-3下端的内侧距离轴肩1-1的径向距离。其它组成和 连接关系与具体实施方式
一、六或八相同。
权利要求
1、一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，它包括搅拌头基体，所述搅拌头基体由圆柱形夹持体(3)、圆柱形连接体(4)和搅拌针(1)组成，所述圆柱形夹持体(3)、圆柱形连接体(4)和搅拌针(1)同轴由上至下依次制成一体，所述搅拌针(1)与圆柱形连接体(4)的交界处形成定位台肩端面(4-2)，所述圆柱形夹持体(3)的侧面上制有防松紧固面(3-1)，所述圆柱形连接体(4)上开有环形隔热散热槽(4-1)；其特征在于所述搅拌针(1)由轴肩(1-1)和针体(1-2)组成，所述轴肩(1-1)和针体(1-2)同轴由上至下制成一体，所述焊具还包括钢丝刷结构体(2)、定位垫环(6)和定位螺母(9)，所述钢丝刷结构体(2)由U字形钢丝刷座(2-1)、多根编织不锈钢丝(2-2)、多根不锈钢丝束(2-3)和支承垫环(2-4)组成，所述定位垫环(6)位于台肩端面(4-2)和U字形钢丝刷座(2-1)之间，所述U字形钢丝刷座(2-1)与轴肩(1-1)上部固接，所述多根不锈钢丝束(2-3)的上端固装在U字形钢丝刷座(2-1)内，所述多根不锈钢丝束(2-3)通过多根编织不锈钢丝(2-2)编制在一起，所述多根不锈钢丝束(2-3)的下端伸出轴肩(1-1)的底面，所述支承垫环(2-4)和定位螺母(9)由上至下固装在轴肩(1-1)上部。
2、 根据权利要求1所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述多根不锈钢丝束(2-3)的上端均匀固装在U字形钢丝刷座(2-1)内。
3、 根据权利要求1或2所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特 征在于所述多根不锈钢丝束(2-3)的下端伸出轴肩(1-1)底面的长度(L) 为2mm 6mm，多根不锈钢丝束(2-3)下端的内侧距离轴肩(1-1)的径向 距离(H)为3mm 15mm，所述多根不锈钢丝束(2-3)的整体宽度(K)为 5mm 10mm。
4、 根据权利要求1所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述轴肩(1-1)上部为锥台形结构体。
5、 根据权利要求4所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述轴肩(1-1 )上部的锥面上均匀制有多根条纹(1-1-1 )，每根条纹(1-1-1 ) 均沿锥台形结构体的母线设置。
6、 根据权利要求l所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述轴肩(1-1)上部为圆柱形结构体，所述圆柱形结构体的表面上制有螺纹，支承垫环(2-4)和定位螺母(9)与轴肩(1-1)上部螺纹连接。
7、 根据权利要求6所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述支承垫环(2-4)和定位螺母(9)与轴肩(1-1)上部螺纹连接的旋 紧方向与焊具的旋转方向相反。
8、 根据权利要求1、 6或7所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具， 其特征在于所述支承垫环(2-4)的外径为26mm 32mm。
全文摘要
一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，它涉及一种搅拌摩擦焊焊具。本发明解决了现有的搅拌摩擦焊焊具在焊接过程中易产生飞边、焊缝表面光洁度差和应力集中的问题。本发明的定位垫环位于台肩端面和U字形钢丝刷座之间，U字形钢丝刷座与轴肩上部固接，多根不锈钢丝束的上端固装在U字形钢丝刷座内，多根不锈钢丝束通过编织不锈钢丝编制在一起，多根不锈钢丝束的下端伸出轴肩的底面，支承垫环和定位螺母由上至下固装在轴肩上部。本发明清除了焊缝两侧的飞边、改善了焊缝表面的光洁度、细化了表面晶粒并且消除了应力集中。本发明多功能焊具设计简单、调节方便，并保证了各种铝合金、镁合金和铜合金等材料的搅拌摩擦焊焊缝质量。
文档编号B24D13/00GK101559531SQ20091007203
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者刘会杰, 利 周, 张会杰, 张郁中, 沈俊军, 黄永宪 申请人:哈尔滨工业大学